第三章场效应晶体管及其放大电路.ppt

1、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3 场效应晶体管及其放大电路场效应晶体管及其放大电路 三极管的主要特点：三极管的主要特点：1.电流控制型器件。电流控制型器件。2.输入电流大，输入电阻小。输入电流大，输入电阻小。3.两种极型的两种极型的载流子都参与导电，又称为载流子都参与导电，又称为双极型晶双极型晶体管体管，简称，简称BJT（Bipolar Junction Transistor)。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础场效应管，简称场效应管，简称FET(Field Effect Transistor)，其主其主要特点：要特点：(a)输入电阻高，可达输入

2、电阻高，可达107 1015W W。(b)起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为起导电作用的是多数（一种）载流子，又称为单极单极型晶体管型晶体管。(c)体积小、重量轻、耗电省、寿命长。体积小、重量轻、耗电省、寿命长。(d)噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单。单。(e)在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。在大规模集成电路制造中得到了广泛的应用。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1.结型场效应管，简称结型场效应管，简称JFET(Junction Field Effect Transistor)场效应管按结构可分为：

3、场效应管按结构可分为：场效应管的类型：场效应管的类型：2.绝缘栅型场效应管，简称绝缘栅型场效应管，简称IGFET(Isolated Gate Field Effect Transistor)上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.1 结型场效应管结型场效应管 3.1.1 结型场效应管的结构和类型结型场效应管的结构和类型 sgdP+NP+SiO2保护层保护层N沟道沟道JFET结构示意图结构示意图上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础NP+P+形成形成SiO2保护层保护层以以N型半导型半导体作衬底体作衬底上下各引出一个电极上下各引出一个电极左右各引出一个电极左

4、右各引出一个电极两边个引出一个电极两边个引出一个电极两边个引出一个电极两边个引出一个电极两边扩散两边扩散两个高浓两个高浓度的度的P型区型区上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础漏极漏极D（drine)源极源极S（source)栅极栅极G（gate)NP+P+N型导电沟型导电沟道道符号符号称为称为N沟沟道道JFET上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础符号符号P沟道沟道JFET结构示意图结构示意图PN+N+P型导电沟道型导电沟道SGD上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础N沟道结型场效应管沟道结型场效应管P沟道结型场效应管沟道结型场效应管结型

5、场效应管分结型场效应管分3.1.2 结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理 GDS电路图电路图上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1uDS=0时，时，uGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用 a当当uGS=0时时NP+P+N型导电沟道型导电沟道SGD=0沟道无变化沟道无变化上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础bUGS(off)uGS uGS=UGS(off)UGS(off)栅源截止电压栅源截止电压或夹断电压或夹断电压+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当uDS=0时，时，uGS对沟道的控制作用动画演示对沟道的控制作用动画演示

6、上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2当当uGS=0时，时，uDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用 NP+P+N型导电沟道型导电沟道SGD=0+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础NP+P+N型导电沟道型导电沟道SGD=0+a0uDS|UGS(off)|(a)iD达到最大值达到最大值几乎不随几乎不随uDS的的增增大而变化大而变化NP+N型导电沟道型导电沟道SGD=0P+(b)沟道夹沟道夹断区延长断区延长上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础当当uGS=0时，时，uDS对沟道的控制作用动画演示对沟道的控制作用动画演示 上页上页下页下页后退

7、后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3当当uDS 0时，时，uGS(0）对沟道的控制作用对沟道的控制作用 a.uDS和和uGS将一起将一起改变沟道的宽度改变沟道的宽度NP+N型导电沟道型导电沟道SGDP+c.当当uDG=|UGS(off)|时时，沟沟道道出出现现予予夹夹断断。此此时时，uDS=|UGS(off)|+uGSb.PN结在漏极端的结在漏极端的反偏电压最大。反偏电压最大。uDG=uDS-uGS上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础uDS、uGS共同共同对沟道的控制作用动画演示对沟道的控制作用动画演示 上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础（1）JFE

8、T是是利利用用uGS 所所产产生生的的电电场场变变化化来来改改变变沟沟道道电电阻的大小阻的大小，（2）场效应管为一个电压控制型的器件。场效应管为一个电压控制型的器件。（3）在在N沟道沟道JFET中中，uGS和和UGS（off）均为均为负值。负值。小结：小结：在在P沟道沟道JFET中中，uGS和和UGS（off）均为均为正值正值。即利用电场效应控制沟道中流通的电流即利用电场效应控制沟道中流通的电流大小，因而称为大小，因而称为场效应管场效应管。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.1.3 结型场效应管的伏安特性结型场效应管的伏安特性 在在正常情况下，正常情况下，iG=0，管子

9、无输入特性。管子无输入特性。+上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础1输出特性（漏极特性）输出特性（漏极特性）+特性曲线特性曲线24061020可可变变电电阻阻区区放大区放大区截止区截止区上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础24061020可可变变电电阻阻区区(1)(1)可变电阻区可变电阻区a.uDS较小，沟道尚未夹断较小，沟道尚未夹断b.uDS|UGS(off)|+uGSc.管子相当于受管子相当于受uGS控制的控制的压控电阻压控电阻各区的特点：各区的特点：上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础放大区放大区(2)放大区放大区放大区也称为饱

10、和区、恒流区。放大区也称为饱和区、恒流区。b.uDS|UGS(off)|+uGSa.沟道予夹断沟道予夹断c.iD几乎与几乎与uDS无关。无关。d.iD只受只受uGS的控制。的控制。24061020上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础截止区截止区a.uGSUGS(off)(3)截止区截止区b.沟道完全夹断沟道完全夹断c.iD024061020上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2转移特性转移特性表示场效应管的表示场效应管的uGS对对iD的控制特性。的控制特性。定义定义转移特性曲线可由输出特性曲线得到转移特性曲线可由输出特性曲线得到上页上页下页下页后退后退模

11、拟电子技术基础模拟电子技术基础 （1）对于不同的对于不同的uDS，所对应的转移特性曲线不同。所对应的转移特性曲线不同。曲线特点：曲线特点：（2）当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。当管子工作于恒流区时，转移特性曲线基本重合。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础当管子工作于恒流区时当管子工作于恒流区时称为称为零偏漏极电流零偏漏极电流上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.1.4 结型场效应管的主要电参数结型场效应管的主要电参数 1直流参数直流参数 (3)直流输入电阻直流输入电阻RGS (1)夹断电压夹断电压UGS(off)(2)零偏漏极电流零偏漏极

12、电流I IDSS （也称为漏极饱和电流）也称为漏极饱和电流）上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2交流参数交流参数(1)跨导跨导gm 也称为互导。其定义为：也称为互导。其定义为：当管子工作在放大区时当管子工作在放大区时得管子的跨导得管子的跨导由由上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础可见，可见，gm与与IDQ有关。有关。IDQ越大，越大，gm也就越大。也就越大。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础3.极限参数极限参数(1)漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率 PDSM (2)最大漏极电流最大漏极电流I IDSM(2)极间电容极间电容

13、栅源电容栅源电容Cgs栅漏电容栅漏电容Cgd漏源电容漏源电容Cds (3)栅源击穿电压栅源击穿电压U（BR）GS(4)漏源击穿电压漏源击穿电压U（BR）DS上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础例例 在图示电路中，已知场效应管的在图示电路中，已知场效应管的 ；问在；问在下列三种情况下，管子分别工作在那个区？下列三种情况下，管子分别工作在那个区？（b）（c）（a）GDS解（解（a）因为因为uGS0,uDS=0产生垂直向下的电场产生垂直向下的电场上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+电场排斥空穴电场排斥空穴形成耗尽层形成耗尽层吸引电子吸

14、引电子上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+形成导电沟道形成导电沟道当当uGS=UGS(th)时时出现反型层出现反型层上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD=0D+UGS(th)开启电压开启电压N沟道增强型沟道增强型MOS管，简称管，简称NMOSN沟道沟道上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+3当当uGS UGS(th）,uDS0时时.uDS(b)沿沟道有电位梯度沿沟道有电位梯度(a)漏极电流漏极电流iD0uDS增大增大，iD增大。增大。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术

15、基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+uDS(b)沿沟道有电位梯度沿沟道有电位梯度3当当uGS UGS(th）,uDS0时时.(c)不同点的电场强不同点的电场强度度不同不同,左高右低左高右低(a)漏极电流漏极电流iD0uDS增大增大，iD增大。增大。上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础PN+SGN+iD0D+uDS(d)沟道反型沟道反型层呈层呈楔形楔形(b)沿沟道有电位梯度沿沟道有电位梯度3当当uGS UGS(th）,uDS0时时.(c)不同点的电场强不同点的电场强度度不同不同,左高右低左高右低(a)漏极电流漏极电流iD0uDS增大增大，iD增大。增大。上页上页下页下

16、页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础a.uDS升高升高沟道变窄沟道变窄PN+SGN+iD0D+uDS反型层变窄反型层变窄上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础b.当当uGD=uGS-uDS=UGS(th）时时PN+SGN+iD0D+uDS沟道在漏沟道在漏极端夹断极端夹断(b)管子预夹断管子预夹断(a)iD达到最大值达到最大值上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础c.当当uDS进一步增大进一步增大(a)iD达达到最大值到最大值且恒定且恒定PN+SGN+iD0D+uDSPN+SGN+D+uDS沟道夹断区延长沟道夹断区延长(b)管子进入恒流区管子进入恒流区上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础增强型增强型NMOS管管工作原理动画演示工作原理动画演示上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础2伏安特性与参数伏安特性与参数 a输出特性输出特性可可变变电电阻阻区区放大区放大区截止区截止区输出特性曲线输出特性曲线24061020上页上页下页下页后退后退模拟电子技术基础模拟电子技术基础(1)可变电阻区可变电阻区a.uDS较小，沟